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1、压力容器焊接与无损检测,郑州大学化工设备设计研究所 李洪亮,1,压力容器焊接与无损检测,压力容器焊接的基本概念 压力容器常用焊接方法及特点 焊接材料 压力容器焊接设计 焊接变形与焊接应力 焊接缺陷及防止 压力容器焊接接头检测方法 容器建造标准对焊接接头无损检测的有关要求,2,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,3,压力容器焊接的基本概念,1.1 金属焊接的定义 通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连成一体的连接方法。,4,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.2 焊接方法的分类 熔焊
2、压焊 钎焊 1.2.1 熔焊 将待焊处的母材金属熔化，但不加压力以形成焊缝的焊接方法。 是目前应用最广泛的一种焊接方法。 最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等。,5,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.2 焊接方法的分类 1.2.2 压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。 包括固态焊、热压焊、锻焊、扩散焊、气压焊和冷压焊等。,6,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.2 焊接方法的分类 1.2.3 钎焊 采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接
3、头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。,7,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.3 坡口、焊缝形式与接头形式 1.3.1 坡口 根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定形状的沟槽，称为坡口。 为保证焊缝全部焊透又无缺陷，当板厚超过一定厚度时将焊件开成各种形式的坡口。 使焊条或焊丝或焊矩能直接伸到待焊工件的底部。 便于脱渣。 能使焊条或焊矩在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。,8,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.3.1 坡口 坡口的基本形式,9,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.3.2 焊缝形式与接头形式
4、从焊接角度来看，压力容器是由母材与焊接接头组成的。 焊缝是焊接接头的组成部分。 焊缝与焊接接头是两个不同概念。,10,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,对接接头 T型接头 十字接头 搭接接头 塞焊搭接接头 槽焊接头,角接接头 端接接头 套管接头 斜对接接头 卷边接头 锁底接头,焊接接头形式分为12种,11,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,对接接头 两焊件表面构成135，180夹角的接头。 对接接头从力学角度分析是比较理想的一种接头形式，它的受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷和动载荷，是焊接结构和压力容器受压元件应用最多的接头形式。,12,郑州大
5、学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,T形接头 一焊件的端面和另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头。 T形接头由于焊缝向母材过度较急剧，接头在外力作用下内部应力分布极不均匀，特别是角焊缝根部和过渡处都有很大的应力集中。因此这种接头承受载荷尤其是动载荷的能力较低。,13,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,角接接头 两焊件端部构成大于30、小于135夹角的接头。,14,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,搭接接头 两焊件部分重叠在一起所构成的接头。 搭接接头的强度较低，尤其是疲劳强度，只用于不重要的结构。,15,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的
6、基本概念,焊缝 焊件经焊接后所形成的结合部分，即填充与熔化的母材凝固后形成的区域。 在熔化焊范围内，焊缝形式分为五种 对接焊缝（又称坡口焊缝） 角焊缝 端接焊缝 塞焊缝 槽焊缝,16,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,1,2,3,17,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,4,5,6,18,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,7,8,9,19,郑州大学化工设备设计研究所,压力
7、容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,10,11,12,20,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,13,14,15,21,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,16,17,18,22,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,19,20,21,23,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-199
8、4焊接术语）,22,23,24,24,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,同一种焊缝形式可以连接成多个接头形式 对接接头不一定用对接焊缝连接 连接角接接头的焊缝也不一定是角焊缝,25,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程 掌握焊接性能、焊接工艺评定和编制焊接工艺规程是焊接压力容器中的三个重要环节。 焊接性能是焊接工艺评定的基础 焊接工艺评定是焊接工艺规程的依据 焊接工艺规程是确保压力容器焊接质量的行动准则,26,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.4.1 焊接性能 金属材料的焊接性能是指在限定的施工
9、条件下，焊接成符合设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。 亦即材料对焊接加工的适应性和使用可靠性。 施工条件包括：材料牌号、结构条件、焊接设备条件、工艺条件、焊接环境。 设计要求包括：焊接尺寸、形位偏差、焊缝内外缺陷要求，焊接接头的性能、焊接技术条件。 服役要求包括：焊接接头结合性能、具体工艺介质条件下焊接接头的使用性能及使用环境下结构抗断裂能力。,27,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.4.1 焊接性能 材料的焊接性能与条件有关，在不同条件下有不同表现。 焊接性能可分为工艺焊接性能和使用焊接性能： 工艺焊接性能是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷或少缺陷的
10、焊接接头能力。 使用焊接性能是指焊接接头或整体结构满足各种使用要求的程度。 影响焊接性能的因素为材料、焊接方法、结构类型和使用要求。,28,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.4.2 焊接工艺 焊接工艺是指制造焊件所有相关的加工方法和实施要求，包括焊接设备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求等。,29,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.4.3 焊接工艺评定 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价称为焊接工艺评定。 正确认识焊接工艺评定的目的和作用，是执行焊接工艺评定标准的前提。 焊接工艺评定通过焊接试件，进行验证性试验，因
11、此焊接工艺评定结果只对焊接接头有效，焊接工艺评定不能保证产品整体质量符合要求，更不能确保压力容器安全可靠使用。 焊接工艺评定规则只对标准规定的检验要求负责，当增加焊接工艺评定试件检验项目时，原标准规定的焊接工艺评定规则对新增加的检验项目便不再适用。,30,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.4.3 焊接工艺评定 GB150规定： 容器施焊前的焊接工艺评定，应按JB4708进行。 焊接工艺评定报告、焊接工艺规程、施焊记录及焊工的识别标记，其保存期不少于7年。,31,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.3.4 焊接工艺规程 按照压力容器焊接工艺评定标准，评定
12、合格的焊接工艺只能确保焊接接头的力学性能或堆焊层化学成分或T形接头符合要求。 对于焊接接头作为压力容器的一部分还有缺陷、应力、外观要求；对于整个产品还有外形尺寸、位置偏差、使用性能及其它性能要求；对于生产管理来讲，还要求提高生产率、操作方便、安全生产等要求。 这是焊接工艺指导书不能解决的，也不是焊接工艺评定的范围，这只能由焊接工艺规程来实现。,32,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接的基本概念,1.3.4 焊接工艺规程 焊接工艺规程是制造焊件所有相关的加工和实践要求的细则文件，可保证由熟练焊工操作时的质量再现性。 焊接工艺规程是焊接工艺人员依据评定合格的焊接工艺，针对具体的焊接接头，根据
13、本单位能力与条件，运用焊接实践知识和理论知识编制而成的。 焊工必须严格执行焊接工艺规程，才能确保压力容器的焊接质量。,33,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器常用焊接方法及特点,34,压力容器常用焊接方法及特点,手工电弧焊 埋弧自动焊 钨极气体保护焊 熔化极气体保护焊 等离子弧焊 电渣焊,35,郑州大学化工设备设计研究所,焊接材料,36,焊接材料,焊接材料是指焊接时所消耗的材料。 焊接材料包括焊条、焊丝、焊带、焊剂、保护气体等。 压力容器制造过程中最常用的焊接材料为手工电弧焊焊条、自动焊焊丝及焊剂。,37,郑州大学化工设备设计研究所,焊接材料,3.1 手工电弧焊焊条 常用焊条标准 GB/T9
14、83-1995不锈钢焊条 GB/T5117-1995碳钢焊条 GB/T5118-1995低合金钢焊条 GB/T3670-1995铜及铜合金焊条 GB/T3669-1983铝及铝合金焊条 GB/T13814-1992镍及镍合金焊条,38,郑州大学化工设备设计研究所,焊接材料,3.2 焊剂 焊剂是具有一定粒度的颗粒状物质，焊接时能够熔化形成熔渣和气体。 是埋弧焊和电渣焊不可缺少的焊接材料。 在焊接过程中，焊剂的作用相当于焊条药皮，熔化形成熔渣，对焊接熔池起保护、冶金处理和改善焊接工艺性能的作用。 烧结焊剂还具有渗合金作用，焊剂与焊丝相组合，即为埋弧焊和电渣焊所需的焊接材料。,39,郑州大学化工设备
15、设计研究所,焊接材料,3.2 焊剂 焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属化学成分和性能的主要因素之一。 采用同样的焊丝和同样的焊接参数，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差别。 一种焊丝可与多种焊剂合理组合，无论是在低碳钢还是在低合金钢上都有这种合理的组合。,40,郑州大学化工设备设计研究所,焊接材料,3.3 焊接用保护气体 焊接用气体标准 GB/T4824-1995纯氩 GB/T10624-1995高纯氩 GB/T6052-1993工业气体二氧化碳 GB/T4844.2-1995纯氦 GB/T7445-1995纯氢、高纯氢和超纯氢 GB/T3863-1995工业用氧 GB/
16、T3864-1996工业氮,41,郑州大学化工设备设计研究所,焊接材料,3.4 焊丝 焊丝与焊剂或保护气体配用，起导电和填充焊缝金属的作用，对焊缝金属的成分有决定性影响。 按照适用的焊接方法，焊丝可分为埋弧自动焊焊丝、电渣焊焊丝、CO2焊焊丝和气焊焊丝等。 按被焊材料的不同，可分为碳钢焊丝、低合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铸铁焊丝和有色金属焊丝等。 按制造方法与焊丝的形状，可分为实心焊丝和药心焊丝。,42,郑州大学化工设备设计研究所,焊接材料,3.4 焊丝 实心焊丝是目前最常用的焊丝，系热轧线材经拉拔加工而成。为了防止生锈，须对焊丝（除不锈钢焊丝外）表面进行特殊处理。目前主要是镀铜处理，包括电镀、浸铜及化学镀铜处理等。 实心焊丝主要有碳钢、低合金钢、耐热钢和不锈钢焊丝，广泛用于埋弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊等。,43,郑州大学化工设备设计研究所,压力容器焊接设计,44,压力容器焊接设计,焊接方法 焊接材料 焊接坡口 焊接接头型式 预热,层间温度 后热 焊后热处理 检验 检测,
